[发明专利]一种基于超声TOFD法的近表面缺陷定量化检测方法

说明书

技术领域

本发明属于超声波检测领域，涉及一种基于超声衍射时差法的近表面缺陷定量化检测技术。

背景技术

超声衍射时差法，简称超声TOFD(Time of Flight Diffraction)法，是一种基于接收缺陷端部的衍射信号对缺陷进行定位定量测量的无损检测手段，适合于大厚度的焊缝结构缺陷的检测。采用超声TOFD法存在着对近表面缺陷不敏感的技术问题。为了解决这一问题，论文1：张锐等，超声衍射一回波渡越时间方法焊缝裂纹原位定量无损估计，机械工程学报，2000，36(5)：54～57提出了超声TOFD和脉冲回波相结合的检测方法，该项技术有效提高对近表缺陷的识别，但需要附加检测设备。论文2：Chi Dazhao et al，Background removal and welddefect detection based on energy distribution of image(基于能量分布的图像背景去除和缺陷识别)China Welding，2007，16(1)：14～18提出了一种基于信号及图像处理的方法，通过滤除与近表面缺陷混叠的侧向波，提取近表面缺陷信号并对其进行定量测量，该方法提高了近表面缺陷的辨识能力，但是当各测点信号中侧向波时基抖动以及能量幅度变化较大时，该方法存在侧向波抑制不完全或损伤近表面缺陷信号的问题。哈尔滨工业大学在2009年12月17日申请的、申请号为200910311663.4的发明专利申请《一种基于超声TOFD的近表面缺陷识别方法》中公开的技术方案，在常规TOFD法的基础上，提出了一种纵波二次底面反射法，该方法采用A、B、D三种扫描方式，并且不需采用辅助硬件设施，无需信号及图像处理即可发现被检测体中的近表面缺陷，因此该方法克服了常规TOFD法对近表面缺陷不易于识别的问题。为了获取准确的缺陷横向位置及埋藏深度位置，该方法一般需在缺陷上方检测面做跨越焊缝的B扫描，在获得的B扫描图像上来判断缺陷的准确位置。但是，B扫描图像的获取要在焊缝余高去除加工后才能进行，当存在焊缝余高的高度较大时，B扫描检测的可达性差或不可达。而当焊缝的横向尺寸小时，不满足B扫描检测所需的空间，因此缺陷在焊缝中的准确位置信息也很难获取。

发明内容

本发明为解决现有采用B扫描实现缺陷定位的方法中，所述B扫描的过程受焊缝的高度和宽度的影响比较大，测量对象受限制的问题，提供一种基于超声TOFD法的近表面缺陷定量化检测方法。该方法的具体步骤为：

步骤一：根据被检测体的厚度h及两个超声波探头发出的超声波在被检测体中的折射角度θ，调整两个超声波探头之间的距离S，使S满足：S≈4×h×tgθ，并检测系统的时间延迟t₀；

步骤二：在被检测焊缝上标记xyz三维检测坐标系，所述坐标系为直角坐标系，其中，z轴与被检测焊缝的中心线相重合，x轴位于被检测焊缝所在表面，并且待检测的缺陷端部位于xy平面上；所述的两个超声波探头位于x轴上，并且两个超声波探头以原点为中心对称，对被检测体进行A扫描，获取第一列A扫描信号，根据所述A扫描信号与步骤一获得的时间延迟t₀计算缺陷波在被检测焊缝中的传播距离S₁；然后以xy平面内的两个超声波探头的声入射点A、B为椭圆的两个焦点，以2a₁＝S₁作为椭圆的长轴，以作为椭圆的短轴，获得位于xy平面的y轴负半轴的半椭圆的方程式；

步骤三：保持一个超声波探头位置不动，将另一个超声波探头沿x轴移至B′处，然后再次对被检测体进行A扫描，获取第二列A扫描信号，根据所述A扫描信号与步骤一获得的时间延迟t₀计算缺陷波在被检测焊缝中的传播距离S₂，然后以xy平面内的两个超声波探头的声入射点A、B′为椭圆的两个焦点，以2s₂＝S₂作为椭圆的长轴，以作为椭圆的短轴，获得位于xy平面的y轴负半轴的半椭圆的方程式；

步骤四：将步骤二获得的半椭圆的方程和步骤三获得的半椭圆的方程进行联立求解，获得两个半椭圆的交点坐标(x₁、y₁)，则缺陷端部D在焊缝中的横向位置为x₁，缺陷端部在焊缝中的埋藏深度为2h-|y₁|。